滕 湃，鄧忠彬，丁 輝，向 丹，吳 堅(jiān)，杜玉文

(1.中海油服油田生產(chǎn)事業(yè)部 天津300452；2.珠海京楚石油技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司 廣東珠海519015)

0 引 言

由于目前渤海區(qū)域海洋修井機(jī)上使用的美國(guó)艾里遜公司的Allison 750變速箱使用時(shí)間大多超過(guò)20年，且Allison 750變速箱停產(chǎn)時(shí)間超過(guò)10年，已經(jīng)沒(méi)有原廠的變速箱配件供應(yīng)。為保障現(xiàn)有的海洋修井機(jī)繼續(xù)正常運(yùn)行，在4500系列艾里遜液力變速箱替代應(yīng)用技術(shù)研究[1]基礎(chǔ)上，需采用Allison第5代4500 OFS電控變速箱，對(duì)其電控部分做2區(qū)防爆改造處理[2]，來(lái)替代機(jī)械式的Allison750變速箱。

為滿(mǎn)足Allison 4500 OFS變速箱在海洋修井機(jī)鉆臺(tái)2區(qū)防爆運(yùn)行要求，基于Allison 4500 OFS變速箱控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)，需要進(jìn)行如下方面的防爆改造：

①Allison 4500 OFS變速箱本體防爆改造。主要是對(duì)換擋器接口、3個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器(變速箱泵輪、渦輪和變數(shù)箱輸出)接口作膠封防爆處理以及油標(biāo)尺的防爆處理。

②Allison 4500 OFS變速箱TCM設(shè)計(jì)制作。基于TCM在變速箱控制電路中的防爆使用要求，設(shè)計(jì)制造TCM防爆控制箱，并進(jìn)行防爆取證(其防爆等級(jí)不低于Exd IIB T4 Gb，防護(hù)等級(jí)不低于IP56)。

③Allison 4500 OFS防爆電源控制箱(DY)設(shè)計(jì)制作。為了滿(mǎn)足變速箱控制系統(tǒng)的供電要求和海洋修井機(jī)的使用情況，設(shè)計(jì)制作DC12V防爆電源控制箱(DY)，并進(jìn)行防爆取證(其防爆等級(jí)不低于Exd IIB T4 Gb，防護(hù)等級(jí)不低于IP56)。

④Allison 4500 OFS變速箱換擋器防爆改造，并進(jìn)行防爆取證(其防爆等級(jí)不低于Exd IIB T4 Gb，防護(hù)等級(jí)不低于IP56)。

1 Allison 4500 OFS變速箱防爆改造整體方案

目前渤海區(qū)域Allison 750變速箱工作在修井機(jī)鉆臺(tái)，屬于II區(qū)防爆。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)防爆要求和使用情況制定的專(zhuān)項(xiàng)改造方案包括變速箱本體防爆改造、變速箱TCM防爆改造、防爆電源控制箱(DY)改造、變速箱換擋器防爆改造，主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 Allison 4500 OFS_P變速箱主要技術(shù)參數(shù)Tab.1 Main technical parameters of Allison 4500 OFS_P gearbox

2 Allison 4500 OFS變速箱防爆改造技術(shù)方案

2.1 變速箱本體防爆改造

變速箱本體防爆改造是對(duì)換擋器接口、3個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器(變速箱泵輪、渦輪和變數(shù)箱輸出)接口作膠封防爆處理，其膠封長(zhǎng)度按照GB 3836.9—2014《爆炸性環(huán)境 第9部分：由澆封型m保護(hù)的設(shè)備》[3]有關(guān)規(guī)定執(zhí)行，以達(dá)到無(wú)火花防爆要求。這類(lèi)方法具有牢固的聚合力，抗拒爆炸性強(qiáng)，使用制造簡(jiǎn)單方便。

2.1.1 膠封材質(zhì)

A膠：6010(E-44)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)A膠)溶于苯、甲苯、二甲苯、丙酮等有機(jī)溶劑，流動(dòng)性好，易與輔助材料(過(guò)氧化鉀乙丙酮)催化劑、LYMFB-1隔離密封膠泥、丙酮、502膠混合。B膠：650聚酰胺固化劑(以下簡(jiǎn)稱(chēng)B膠)。

2.1.2 樹(shù)脂的基本參數(shù)

樹(shù)脂的基本參數(shù)如表2所示。

表2 樹(shù)脂A/B基本參數(shù)Tab.2 Basic parameters of resin A/B

2.1.3 樹(shù)脂調(diào)配比例及固定時(shí)間

用量：環(huán)氧樹(shù)脂用量80%，固化劑用量20%，均勻攪拌，固定時(shí)間比例如表3所示。

表3 樹(shù)脂調(diào)配固定時(shí)間比例Tab.3 Fixing time ratio of resin

2.1.4 固化和耐沖擊強(qiáng)度及耐溫度性能指標(biāo)

①介電常數(shù)：25℃，1MHz 4.0±0.1

②絕緣強(qiáng)度：25℃，kV/mm＞15

③硬度：SHORE-D＞80

④耐沖擊度(kgf/mm)：＞5.1

⑤體積電阻(25℃，Ω)：140

⑥表面電阻(25℃，Ω)：120

⑦壓縮強(qiáng)度(kgf/mm)：＞30

⑧固化收縮率(%)：＜0.5

⑨固化后運(yùn)行最低溫度(℃)：≥-40

⑩固化后允許最高運(yùn)行溫度(℃)： ≤+240

2.1.5 注意事項(xiàng)及操作要領(lǐng)

①需按配比配膠，配比是重量比，而非體積比。

②配膠時(shí)，需先將A膠充分?jǐn)嚢杈鶆?，氣溫低時(shí)，A膠較粘稠或有結(jié)塊現(xiàn)象，不影響產(chǎn)品的性能，必要時(shí)可加溫降低粘稠度或融化后攪均使用，便于消泡、滲透，溫度過(guò)高時(shí)會(huì)影響到可使用時(shí)間。

③A、B膠取用后及時(shí)密封，以免影響產(chǎn)品性能。

④A、B膠取出后需及時(shí)混合均勻使用，以免固化不完全，并盡量在短時(shí)間內(nèi)使用完已混合的膠液。這是因?yàn)榛旌系哪z液會(huì)馬上開(kāi)始反應(yīng)放出熱量，其粘稠度會(huì)逐漸上升，并逐漸固化，且混合在一起的膠量越多，放出的熱量也越多，反應(yīng)也越快，從而影響到可使用時(shí)間。環(huán)境溫度等因素也會(huì)影響到可使用時(shí)間及固化時(shí)間。

⑤可使用時(shí)間指按配比混合均勻后的100g膠液在25℃時(shí)，粘稠度增加1倍的時(shí)間，并非指可使用時(shí)間之后，膠液絕對(duì)可用或不可用。

⑥注膠時(shí)，最好順著要封膠物件內(nèi)壁慢慢注入，便于排走要封膠物件內(nèi)的空氣，減少氣泡的產(chǎn)生，注膠后膠液會(huì)逐漸滲透到產(chǎn)品的縫隙中，必要時(shí)可分多次注膠，利于排泡、滲透。

⑦ 室溫固化或室溫靜置一段時(shí)間再加溫固化，便于消泡以獲得更好的絕緣效果。

⑧有極少數(shù)人長(zhǎng)時(shí)間接觸膠液會(huì)產(chǎn)生輕度皮膚過(guò)敏，建議使用時(shí)戴防護(hù)手套，粘到皮膚上可用丙酮、天那水或酒精等擦去，并用清潔劑清洗干凈。

⑨大量使用前，請(qǐng)先小量試用，掌握產(chǎn)品的使用技巧，以免差錯(cuò)。

⑩在室外或顆粒漂浮物過(guò)多的場(chǎng)合，調(diào)配好的A、B膠液應(yīng)盡快使用封好封口，以免風(fēng)沙等異物混入其中導(dǎo)致膠液變臟無(wú)法使用。

2.2 變速箱TCM防爆改造

變速箱箱體材質(zhì)為316L不銹鋼，外觀結(jié)實(shí)美觀，厚度不小于6mm(根據(jù)箱內(nèi)電氣元件的布局設(shè)計(jì)箱體大小，根據(jù)箱體大小決定箱體材質(zhì)厚度，隔爆箱最小厚度不小于3mm)，箱體固定采用內(nèi)六角螺栓、材質(zhì)要求為316L不銹鋼，箱體蝕刻標(biāo)識(shí)(應(yīng)包括防爆標(biāo)識(shí)、采集箱中英文名稱(chēng)、型號(hào)、防爆標(biāo)志、防爆等級(jí)、防爆合格證號(hào)、額定參數(shù)、產(chǎn)品編號(hào)、生產(chǎn)日期、生產(chǎn)廠家等)；箱體防爆等級(jí)不低于Exd IIB T4Gb，防護(hù)等級(jí)不低于IP56；進(jìn)出線(xiàn)口共計(jì)9個(gè)(蝕刻永久性文字標(biāo)識(shí))，配置8個(gè)鎧裝黃銅鍍鎳填料函(與相應(yīng)的鎧裝電纜相匹配)和1個(gè)防爆黃銅鍍鎳絲堵(預(yù)留)，防爆等級(jí)均不低于ExdIIB/IP66，本體蝕刻防爆標(biāo)識(shí)及規(guī)格，并配四氟密封墊，提供產(chǎn)品防爆合格證；繪制帶電警示標(biāo)識(shí)或貼警示牌，帶安全接地標(biāo)識(shí)及接地螺栓或接地柱；內(nèi)部配置可拆卸式安裝面板，用于固定信號(hào)采集板；額定電壓為DC 24V、額定電流30A；內(nèi)配TCM單元和接線(xiàn)端子排；接線(xiàn)端子排滿(mǎn)足進(jìn)線(xiàn)和出現(xiàn)的接線(xiàn)和貼標(biāo)；箱體制作外形尺寸如圖1所示。

圖1 變速箱TCM防爆箱Fig.1 Transmission TCM explosion-proof box

2.3 防爆電源控制箱(DY)改造

防爆電源控制箱箱體材質(zhì)為316L不銹鋼，外觀結(jié)實(shí)美觀，厚度不小于6mm(根據(jù)箱內(nèi)電氣元件的布局設(shè)計(jì)箱體大小，根據(jù)箱體大小決定箱體材質(zhì)厚度，隔爆箱最小厚度不小于3mm)箱體固定采用內(nèi)六角螺栓、材質(zhì)要求為316L不銹鋼，箱體蝕刻標(biāo)識(shí)(應(yīng)包括防爆標(biāo)識(shí)、采集箱中英文名稱(chēng)、型號(hào)、防爆標(biāo)志、防爆等級(jí)、防爆合格證號(hào)、額定參數(shù)、產(chǎn)品編號(hào)、生產(chǎn)日期、生產(chǎn)廠家等)；箱體防爆等級(jí)不低于Exd IIB T4Gb，防護(hù)等級(jí)不低于IP56；進(jìn)出線(xiàn)口共計(jì)3個(gè)(蝕刻永久性文字標(biāo)識(shí)，需蝕刻的標(biāo)牌內(nèi)容分別為正常230V，應(yīng)急230V，DC 24V)，配置3個(gè)鎧裝黃銅鍍鎳填料函(與3C×4mm2鎧裝電纜相匹配)，防爆等級(jí)均不低于ExdIIB/IP56，本體蝕刻防爆標(biāo)識(shí)及規(guī)格，并配四氟密封墊，提供產(chǎn)品防爆合格證；箱體繪帶電警示標(biāo)識(shí)或貼警示牌，帶安全接地標(biāo)識(shí)及接地螺栓或接地柱；內(nèi)部配置可拆卸式安裝面板，用于固定信號(hào)采集板；帶合格證書(shū)及圖紙，圖紙必須經(jīng)審核確認(rèn)后方可生產(chǎn)；箱體額定電壓為AC 220V、額定電流16A；內(nèi)配接線(xiàn)端子排；接線(xiàn)端子排滿(mǎn)足進(jìn)線(xiàn)和出現(xiàn)的接線(xiàn)和貼標(biāo)；安裝方式為直立式安裝方式。

箱體接口定義見(jiàn)表4，箱體外形見(jiàn)圖2。

圖2 變速箱防爆電源控制箱Fig.2 Transmission explosion-proof power supply box

表4 變速箱防爆電源控制箱接口定義Tab.4 Transmission explosion-proof power supply box interface definition

2.4 變速箱換擋器防爆改造

變速箱換擋器材質(zhì)為316L不銹鋼，外觀結(jié)實(shí)美觀，厚度不小于6mm(根據(jù)箱內(nèi)電氣元件的布局設(shè)計(jì)箱體大小，根據(jù)箱體大小決定箱體材質(zhì)厚度，隔爆箱最小厚度不小于3mm)箱體固定采用內(nèi)六角螺栓、材質(zhì)要求為316L不銹鋼，箱體蝕刻標(biāo)識(shí)(應(yīng)包括防爆標(biāo)識(shí)、采集箱中英文名稱(chēng)、型號(hào)、防爆標(biāo)志、防爆等級(jí)、防爆合格證號(hào)、額定參數(shù)、產(chǎn)品編號(hào)、生產(chǎn)日期、生產(chǎn)廠家等)；防爆等級(jí)不低于Exd IIB T4 Gb，防護(hù)等級(jí)不低于IP56；進(jìn)出線(xiàn)口1個(gè)，配置1個(gè)鎧裝黃銅鍍鎳填料函，防爆等級(jí)均不低于ExdIIB/IP56，本體蝕刻防爆標(biāo)識(shí)及規(guī)格，并配四氟密封墊，提供產(chǎn)品防爆合格證；箱體繪帶電警示標(biāo)識(shí)或貼警示牌，帶安全接地標(biāo)識(shí)及接地螺栓或接地柱；額定電壓為DC24V、額定電流16A。變速箱換擋器外形如圖3所示。

圖3 變速箱防爆換擋箱箱Fig.3 Transmission explosion-proof shift box

3 結(jié) 論

將一臺(tái)Allison 4500系列電控液力變速箱作為技術(shù)驗(yàn)證機(jī)，將以上防爆改造技術(shù)應(yīng)用于該機(jī)后，送至專(zhuān)業(yè)防爆驗(yàn)證機(jī)構(gòu)進(jìn)行試驗(yàn)，獲得的結(jié)論證明該機(jī)完全符合海洋修井機(jī)2區(qū)防爆要求(取得防爆證書(shū))，可實(shí)現(xiàn)對(duì)Allison 750變速箱的替換應(yīng)用。雖然該防爆技術(shù)可完全滿(mǎn)足油田環(huán)境的防爆要求，但是在一些接口端子的防爆處理上會(huì)造成變速箱后期維修的難度加大，這一問(wèn)題有待進(jìn)一步試驗(yàn)其他防爆處理方式，在既保證2區(qū)防爆要求，又滿(mǎn)足衰減后的電控信號(hào)有足夠強(qiáng)度的情況下方可改善。